(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211286288.4 (22)申请日 2022.10.20 (71)申请人 西安理工大 学 地址 710000 陕西省西安市碑林区金花 南 路西安理工大 学 (72)发明人 杜文静　许文强　 (74)专利代理 机构 合肥繁知新知识产权代理事 务所(普通 合伙) 34278 专利代理师 胡艳 (51)Int.Cl. G06T 1/20(2006.01) G06T 1/60(2006.01) G06F 9/50(2006.01) (54)发明名称 一种GPU模块低功耗处 理方法 (57)摘要 本申请属于GPU低功耗处理技术领域， 尤其 是涉及一种GPU模块低功耗处理方法， 包括步骤 一： 确定低功耗处理方向； 步骤二： 低功耗标准单 元库的选取； 步骤三： 低功耗布局与优化； 步骤 四： 低功耗时钟树； 步骤五， 对初始分组的触发器 利用阈值电容和阈值距离重新迭代分组， 得到最 终的触发器组， 并对触发器组分配缓冲器。 本发 明中， 根据GPU模块的架构， 结合展平式布局和层 次化布局方法， 将GPU模块自顶向下划分层次， 根 据各个层次的功能划分电压域， 插入时钟门控， 在插入时钟门控后， 对时钟门控后的触发器进行 分组， 基于触发器组建立时钟树， 对完成绕线的 GPU模块使用不同的阈值电压单元来修复时序问 题和功耗问题。 权利要求书2页 说明书6页 附图6页 CN 115496647 A 2022.12.20 CN 115496647 A 1.一种GPU模块低功耗处 理方法， 其特 征在于： 包括以下 具体步骤： 步骤一： 确定低功耗处理方向， 主要从低功耗标准单元库、 低功耗布局与优化以及低功 耗时钟树 三个方面进行研究； 步骤二： 低功耗标准单 元库的选取， 使用TSM C 6nm工艺进行GPU模块低功耗设计； 步骤三： 低功耗布局与优化， 结合展平式布局和层次化布局方法， 将GPU模块自顶向下 划分层次， 划分电压域； 步骤四： 低功耗时钟树， 插入时钟门控单元， 利用最小生成树算法， 以时钟树互连线趋 于最小值 为标准， 对时钟门控单 元驱动的触发器进行分组； 步骤五： 对初始分组的触发器利用阈值电容和阈值距离重新迭代分组， 得到最终的触 发器组， 并对触发器组分配缓冲器； 步骤六： 对GPU模块进行绕线、 静态时序修复和物理验证。 2.根据权利要求1所述的一种GPU模块低功耗处理方法， 其特征在于： 所述步骤二中， 芯 片物理设计离不开与需求相匹配的标准单元库， 低功耗标准单元库包括了多阈值电压单 元， 加长沟道单元与选择性加长沟道单元， 多位寄存器， 保持寄存器， 多尺寸梯度单元， 极小 尺寸单元和延迟单元以及时序改善寄存器等， 为电源规划， 多电源多电压， 电源门控， 时钟 门控等低功耗 技术手段奠定 了基础。 3.根据权利要求1所述的一种GPU模块低功耗处理方法， 其特征在于： 在芯片的物理设 计中， 最关键的部分是生产出的芯片能否满足时序要求， 因而时钟是芯片的心脏， 时钟树的 设计在整个芯片的设计中占有极其重要的地位， 由于工艺的提升而造成的不确定性对时钟 的干扰越来越 大， 时钟树的功耗占据了 芯片总功耗的20% ‑40%， 高质量的时钟树关系到整个 芯片的工作性能的好坏和总功耗的高低， 由此建立一个符合时序要求和功 耗要求的时钟树 网络。 4.根据权利要求3所述的一种GPU模块低功耗处理方法， 其特征在于： 所述步骤四中， 时 钟树的性能指标有时钟延迟、 时钟抖动、 时钟偏移和传输时间； 时钟延时指的是从时钟源点 到电路中任何一个时钟引脚的延时； 时钟偏移指的是时钟信号到达时序电路中各个部 分所 用的时间差异； 时钟抖动指的是时钟信号边沿与 理想时钟信号边沿时间的偏差； 传输时间 也叫转换时间， 指的是信号在两个特定电平间转换所花的时间， 通过对GPU时钟树上的寄存 器进行聚类和删除时钟树上的缓冲器来优化GPU时钟树的功耗。 5.根据权利要求1所述的一种GPU模块低功耗处理方法， 其特征在于： 所述步骤三中， 布 局与优化不仅需要考虑芯片时序和布线的拥挤程度， 也需要考虑整个芯片的功耗水平,在 布局与优化阶段， 标准单元 的选取、 物理摆放、 等价逻辑转换、 非关键路径功耗优化等都与 芯片的功耗息息相关， 保证芯片性能和绕线的基础上降低功耗是芯片低功耗是关键,合展 平式布局和层次化布局方法， 根据GPU架构来进行GPU的层次划分， 对GPU电路使用的cell进 行选择， GPU的时钟不止一个， 时钟驱动的寄存器有几万个， 有一些寄存器插入了时钟门控 单元， 有一些还 是直接和GPU的时钟信号相连， 而插入的门控单元可能驱动着数十个甚至上 百个寄存器， 这些寄存器和仍然直接被GPU时钟信号驱动的寄存器还有优化的空间。 6.根据权利要求1所述的一种GPU模块低功耗处理方法， 其特征在于： 所述步骤三中， GPU的物理设计， 主要内容有布局规划， 电源规划， 时序分析,布局规划的内容有宏单元的摆 放， IO单元的摆放， 模块的层次划分等； 电压规划的内容有电压域的划分、 电源环的排布 等；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115496647 A 2时序分析的内容有不同层次的模块的建立时间与保持时间是否违例， 时序路径是否合理 等。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115496647 A 3